压接型IGBT开关特性测试平台的设计及寄生电感提取

发布时间：2020-03-30 17:36

【摘要】：压接型IGBT的芯片和电极之间采用压力接触代替引线键合,消除了键合线脱落和焊层退化等失效问题,压接型IGBT结构设计使得可以在集电极侧和发射极侧进行双面冷却,热阻值较焊接式IGBT大幅降低,提高了器件的可靠性。压接型IGBT器件具备独特的失效短路模式,系统中可以增加备份的器件来承担失效器件的电压,而失效的器件则等同于短路并流过负载电流,这将避免了因个别器件失效导致系统停机维修,提高了系统的可靠性,使得压接型IGBT器件在柔性直流输电系统等应用场合具备显著优势。本文针对3300V压接型IGBT器件,设计完成了压接型IGBT压力夹具,包括绝缘材料的选取、压力分散装置的设计、接触面加工精度选取以及碟簧的选取等。提出了一种环面分散压力的压力分散装置设计方案,利用仿真软件对该方案进行了验证。仿真结果表明,相比于传统的压力分散装置,该方案使得器件集电极平面的压力分布更为均匀,同时降低了压力分散装置的体积和重量。利用压力测量胶片对器件集电极平面的压力分布进行了实际测量,结果表明压力夹具实现了将压力均匀施加到器件集电极平面。设计完成了压接型IGBT开关特性测试平台,测试电路采用双脉冲测试方法。完成了直流母线电容和负载电感参数设计,电容充电路回路设计,电压电流测量仪器的选择和校准,以及驱动控制电路的设计等。利用测试平台实现了压接型IGBT开关特性的测试,测试电压达到了 1800V,电流达到了 1500A。实现了不同电压电流等级下的开关特性测试,分析了测试回路寄生电感对开关过程的影响。IGBT开关测试平台的寄生电感影响IGBT器件的开关参数以及开关损耗,因此,提取测试平台回路的寄生电感对于准确获得IGBT器件的开关参数具有重要意义。传统的寄生电感提取方法忽略了回路寄生电阻的影响,给寄生电感的提取带来误差。为了提高寄生电感提取的准确性,本文提出了采用IGBT开通波形来计算测试平台寄生电感的方法,通过对开通电流上升过程的分析,建立了包含回路寄生电阻的等效电路模型及电路方程。仿真结果表明该方法的计算误差低于传统计算方法。利用该方法实现了测试回路寄生电感参数的提取,为提供准确的IGBT器件开关参数奠定了基础。
【图文】：

片结构,漂移区,通态压降

逦北京交通大学硕士学位论文逦逡逑的Ｐ型半导体反型而成Ｎ型半导体，称为Ｎ沟道。电子经发射极连接的Ｎ＋层经逡逑Ｎ沟道流入漂移区，这为ＰＮＰ晶体管提供了基极电流。为了维持漂移区的电中性，逡逑？？注入区向漂移区注入空穴，空穴和电子在漂移区的存储使得漂移区的电阻降低，逡逑这使得在相同工况下，ＩＧＢＴ的通态压降低于ＭＯＳＦＥＴ通态压降１３９＾］。逡逑ＩＧＢＴ通过ＭＯＳ栅结构控制器件的开通和关断，可以达到较高的开关速度；逡逑同时利用双极型器件电导调制效应降低了器件的通态压降，兼有双极型晶体管和逡逑ＭＯＳＦＥＴ的双重特性，在降低通态压降和提高开关速度之间达成了良好的折中。逡逑

夹具,压力,压力分散,施力

逡逑图２－２压接型ＩＧＢＴ封装结构逡逑Ｆｉｇ．２－２邋Ｐａｃｋａｇｅ邋ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ邋ｏｆ邋ｐｒｅｓｓ邋ｐａｃｋ邋ＩＧＢＴ逡逑２．３压力夹具整体结构逡逑压力夹具包括施力螺栓、压力分散装置、绝缘板、铜排、压力传感器、碟形逡逑弹簧（以下简称碟簧）以及其他支撑和固定结构。通过向下旋转施力螺栓，，给压逡逑力夹具结构施加压力。压力分散装置将螺栓施加的压力分散到ＩＧＢＴ集电极平面。逡逑绝缘板起电气隔离作用，铜排将ＩＧＢＴ集电极和发射极引出，与外部电路连接。逡逑压力传感器用来测量施力螺栓施加的压力，碟簧起压力缓冲作用。图示压力夹具逡逑应用于常温下的开关特性测试，因此没有安装散热器或者加热器等结构。逡逑
【学位授予单位】：北京交通大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN322.8

【参考文献】